肿瘤微环境新焦点——肿瘤内微生物镰刀菌通过 GLUT1 驱动的乳酸产生促进口腔鳞状细胞癌进展
口腔鳞状细胞癌 （OSCC） 是头颈部鳞状细胞癌 （HNSCC） 的一种普遍亚型。尽管 OSCC 的诊断和治疗取得了进展，但由于转移或复发，5年生存率仍然很低。除了遗传、表观遗传和基质微环境因素外，组织内微生物群的特征与癌症的标志有关，包括风险、病理类型和预后。同样，鉴于 OSCC 起源于富含微生物群的口腔，微生物群作为调节 OSCC 进展的不可忽略的潜在介质出现。F. nucleatum （镰刀菌）是一种革兰氏阴性厌氧菌，与其他口腔细菌相比，被认为是一种主要的促肿瘤细菌。然而，作为OSCC微生物群的组成物种，镰刀菌如何影响OSCC的进展仍未被探索。
先前的研究表明，镰刀菌凝集素 Fap2 识别宿主 N-乙酰半乳糖胺 （GalNAc），这是一种在细胞表面表达的糖蛋白，通过碳水化合物部分介导细菌与肿瘤细胞之间的结合，并帮助该细菌大量定位于肿瘤组织中。先前的研究表明，镰刀菌凝集素 Fap2 识别宿主 N-乙酰半乳糖胺 （GalNAc），这是一种在细胞表面表达的糖蛋白，通过碳水化合物部分介导细菌与肿瘤细胞之间的结合，并帮助该细菌大量定位于肿瘤组织中。然而，这些已确定的机制仅限于细胞内的生理病理过程，无法解释与肿瘤进展相关的微环境的影响。镰刀菌定植被认为会引发急性先天免疫反应，尤其是微环境中的巨噬细胞浸润。鉴于 M2 样肿瘤相关巨噬细胞 （TAM） 在促进肿瘤侵袭中至关重要，这些报告表明，镰刀菌驱动的微环境巨噬细胞活化可能与促进肿瘤侵袭有关。
近期，题名为：F. nucleatum facilitates oral squamous cell carcinoma progression via GLUT1-driven lactate production的研究文章发表在EBioMedicine，文章主要表明 F.nucleanum对OSCC微环境的影响及其与OSCC进展的相关性。我们在OSCC样品中鉴定出F.nucleanum是一种高度富集的物种。F.有核细胞倾向于定植在OSCC的侵袭边缘。机制分析表明，F.nucleanum通过激活GalNAc自噬-TBC1D5信号轴，促进质膜和糖酵解中葡萄糖转运1（GLUT1）的聚集，GLUT1是细胞葡萄糖摄取和代谢的关键限速因子，导致细胞外乳酸沉积和M2样TAMs的形成。GalNAc和GLUT1的同时抑制导致微环境中M1样抗肿瘤巨噬细胞的形成和OSCC进展的消退。这些发现为晚期OSCC患者的靶向治疗策略提供了新的前景。
镰刀菌聚集在 OSCC 的侵袭性边缘，并与肿瘤侵袭相关
为了确定 镰刀菌 定植与 OSCC 进展之间的相互关系，分析了来自两个代表性队列的 16S rRNA 测序数据。结果表明，镰刀菌是OSCC组织中定植最普遍的病原体之一，在75.7%的OSCC样本中观察到有镰刀菌亚种，在邻近正常组织中，镰刀菌的患病率显著降低2.25倍。这些结果表明，镰刀菌 定植与 OSCC 进展之间存在明显的相关性。FISH检测OSCC 组织中镰刀菌表达发现，镰刀菌通常聚集在所有类型的OSCC的侵袭边缘，动物实验表明镰刀菌促进肿瘤生长和上皮-间充质转化（EMT）生物标志物SOX2、ZEB1和N-cad表达。
定植的镰刀菌驱动 M2 样肿瘤相关巨噬细胞的形成
为了确定 镰刀菌 是否通过 M2 样 TAM 促进 OSCC 侵袭，在OSCC临床样本检测镰刀菌与与CD68和CD206的共表达。CD206（+） M2样巨噬细胞在单位视图中显示出与镰刀菌的主要重叠，表明 镰刀菌 接种能够促进 CD206+ M2 样 TAM 的形成。通过使用氯膦酸脂质体消除巨噬细胞，有效逆转镰刀菌介导的肿瘤进展。这些数据表明肿瘤微环境中的 镰刀菌 可以促进 CD206+ M2 样TAM的形成，这对 镰刀菌 诱导的 OSCC 侵袭具有潜在重要性。
镰刀菌诱导的OSCC细胞乳酸产生是M2样肿瘤相关巨噬细胞形成所必需的
为了剖析 镰刀菌 促进 M2 样 TAMs 形成的潜在机制，细胞外酸化在 镰刀菌 聚集的 OSCC 侵袭边缘和体外共培养系统。代谢组学分析，以获得镰刀菌暴露的OSCC细胞差异代谢物途径富集分析显示碳代谢显著。葡萄糖消耗量、乳酸、丙酮酸和ATP合成成比例上升。
为了探讨乳酸沉积是否可以促进肿瘤微环境中M2样TAMs的形成，我们添加了乳酸代谢抑制剂2-DG来抑制OSCC细胞共培养系统中的乳酸沉积。数据显示，2-DG逆转了镰刀菌介导的巨噬细胞M2样极化。总的来说，这些发现支持了 镰刀菌 促进 OSCC 细胞糖酵解和乳酸产生，这反过来又增加了细胞外酸化和 M2 样 TAM 的形成。
镰刀菌诱导的 GLUT1 积累增加 OSCC 细胞的乳酸产生
为了阐明镰刀菌感染如何增加OSCC细胞的乳酸产生，研究了镰刀菌暴露的OSCC细胞中葡萄糖转运蛋白和糖酵解限速酶的表达。值得注意的是，在OSCC组织中高表达的GLUT1在镰刀菌刺激下上调约3倍。基于上述暴露于镰刀菌的OSCC细胞的代谢组学数据的功能富集分析一致地表明，与GLUT1相关的膜转运是最重要的。临床OSCC样本结果表明GLUT1 主要富集于 OSCC 侵袭边缘，并与 镰刀菌 共定植。镰刀菌诱导的乳酸产生可能与OSCC细胞中GLUT1的上调相关。
镰刀菌诱导的 TBC1D5 下调促进 GLUT1 在细胞表面的定位
为了描述镰刀菌介导的 GLUT1 上调的原因，首先GLUT1 在镰刀菌孵育的 OSCC 细胞中的转录，PCR结果无差异；然而，免疫荧光染色显示，与对照细胞相比，镰刀菌孵育细胞表面的GLUT1蛋白更多。WB检测膜相关GLUT1显著升高。表明 GLUT1 的蛋白质水平和细胞表面定位均增加。
为了确定蛋白质翻译的上调是否是上述表型的原因，CHX的应用不能在一定时期内逆转镰刀菌介导的GLUT1上调，表明 镰刀菌 介导的 GLUT1 积累可能是由蛋白质降解抑制引起的。GLUT1 与溶酶体相关膜糖蛋白 1 （LAMP1） 在 镰刀菌 暴露的 OSCC 细胞中的细胞内分布。免疫荧光染色显示 GLUT1 在 镰刀菌暴露细胞，支持镰刀菌可能抑制GLUT1溶酶体降解。TBC1D5 在 镰刀菌 孵育的 OSCC 细胞中下调 TBC1D5过表达抵消了OSCC细胞中镰刀菌诱导的GLUT1上调。这些观察结果表明，镰刀菌通过下调 TBC1D1 促进细胞表面存在 GLUT5。
